Rational Design of a Trifunctional Binder for Hard Carbon Anodes Showing High Initial Coulombic Efficiency and Superior Rate Capability for Sodium‐Ion Batteries

材料科学 阳极 法拉第效率 化学工程 聚合物 氧化物 碳纤维 电解质 电极 复合材料 化学 冶金 物理化学 复合数 工程类
作者
Junhai Xia,An‐Hui Lu,Xiaofei Yu,Wen‐Cui Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (40) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/adfm.202104137
摘要

Abstract Hard carbon (HC) has emerged as a promising anode material for sodium‐ion batteries (SIBs), whereas it suffers from low initial Coulombic efficiency (ICE) and poor rate capability. Binders endowed with high electron/ion transport and strong mechanical integrity are expected to boost the practical application of HC anodes, which cannot be realized via the functional design of commercially available binders. Herein, a trifunctional sodium alginate (SA)/polyethylene oxide (PEO) binder with massive hydrophilic functional groups and abundant Na + is synthesized via a feasible esterification reaction. The binder forms a passivation film on glucose‐derived carbon (GC) to suppress the electrolyte decomposition and offer stronger adhesion strength. Furthermore, the sluggish Na + conduction is improved via sufficient ionic transfer channels provided by PEO. Notably, effects of Na + compensation and interfacial ionic transport of Na + ‐containing binder for HC anodes are revealed. Therefore, the SA/PEO binder for the GC anode delivers a high ICE up to 87% and a high capacity of 270 mA h g −1 at 0.1 A g −1 , both 10% and 80 mA h g −1 higher than that of poly(vinylidene fluoride) binder, respectively. Significantly, this SA/PEO binder can also be applied to coal‐based and polymer‐based carbon anodes, exhibiting universal applicability.
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